評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

CN－0414電路評(píng)估板（EVAL－CN0414－ARDZ）

CN－0418電路評(píng)估板（EVAL－CN0418－ARDZ）

CN－0416電路評(píng)估板（EVAL－CN0416－ARDZ）

ADALM－UARTJTAG板

Arduino尺寸開(kāi)發(fā)平臺(tái)（EVAL－ADICUP3029）

設(shè)計(jì)和集成文件

PLC／DCS Wiki用戶指南

原理圖、布局文件、物料清單、軟件

電路功能與優(yōu)勢(shì)

可編程邏輯控制器（PLC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）被用于監(jiān)測(cè)和控制工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中的智能（支持HART）和模擬現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。

圖1所示的電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的DCS系統(tǒng)，由一臺(tái)主機(jī)、一個(gè)單節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)4通道隔離模擬輸入板和兩個(gè)4通道隔離模擬輸出板組成，這些板由Arduino尺寸基板在本地管控。RS－485收發(fā)器連接至PC或其他主機(jī)，如此，用戶可以使用Modbus協(xié)議與節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)。

模擬輸入數(shù)據(jù)從本地讀取，通過(guò)使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議的串行接口提供，確保在一系列軟件應(yīng)用和庫(kù)中，保證數(shù)據(jù)完整性和可兼容性。同樣地，模擬輸出通過(guò)向Modbus寄存器寫(xiě)入來(lái)置位，然后被轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號(hào)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以支持4個(gè)模擬輸入和輸出板的組合。如圖2所示，最多16個(gè)節(jié)點(diǎn)的多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用提供的硬件和軟件基礎(chǔ)架構(gòu)。該電路支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)HART通信，可以擴(kuò)展為多分轉(zhuǎn)站HART網(wǎng)絡(luò)，在同一通道上集成多個(gè)HART器件。

每個(gè)板（4個(gè)一組）的模擬輸入和模擬輸出都實(shí)施電氣隔離，模擬輸入支持開(kāi)路檢測(cè)，簡(jiǎn)化了故障檢測(cè)和診斷過(guò)程。在嚴(yán)峻的工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中使用時(shí)，這些功能可以增強(qiáng)可靠性和耐用性。

咱們買東西的時(shí)候一般會(huì)考慮三個(gè)因素，好用、便宜、耐用。對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，很多人在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段更多的考慮性能和價(jià)格，而忽視了在運(yùn)行階段的穩(wěn)定性和可靠性，也可以理解為是否耐用。其實(shí)，在整個(gè)系統(tǒng)的總體擁有成（PLC生命周期包括設(shè)備的選型、采購(gòu)、設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)維修、服務(wù)等環(huán)節(jié)，總體擁有成本TCO）里面，后期維護(hù)所占的比重還是非常大的。

PLC控制可靠性是指PLC與其被控對(duì)象結(jié)合，組成系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的目的也是在規(guī)定的條件下與規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，所能完成的規(guī)定功能。本文簡(jiǎn)要介紹了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，分析了PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方法，并探討了提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的有效途徑。

可見(jiàn)的維護(hù)成本只是冰山一角

從20世紀(jì)30年代開(kāi)始，機(jī)械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對(duì)不同類型的零件分別組成自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機(jī)型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)備按新的工藝過(guò)程運(yùn)行，而繼電器一接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的，很難適應(yīng)這個(gè)要求。

1、PLC在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的發(fā)展

1968年美國(guó)最大的汽車制造商―通用汽車（GM）公司，為適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新，提出把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年率先研制出第一臺(tái)可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC），在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。從此以后，許多國(guó)家的著名廠商競(jìng)相研制，各自形成系列，而且品種更新很快，功能不斷增強(qiáng)，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。PLC另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上，可以大大減少設(shè)備維修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心裝置。

2、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中。為賦予產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的工作稱為可靠性設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，把可靠性問(wèn)題考慮進(jìn)去，比產(chǎn)品投入生產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)不可靠因素進(jìn)行改進(jìn)要好的多。因?yàn)楹笳咄诟淖児A模具、材料、工藝等方面付出很大的代價(jià)。

可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括制訂可靠性指標(biāo)，可靠性預(yù)測(cè)，可靠性分配以及與提高可靠性有關(guān)的具體設(shè)計(jì)工作和可靠性審查。

對(duì)可靠性特征量的要求稱為可靠性指標(biāo)。制訂可靠性指標(biāo)的工作包括確定指標(biāo)項(xiàng)目和指標(biāo)數(shù)值。一種產(chǎn)品的可靠性要求常常需要用幾項(xiàng)指標(biāo)來(lái)反映。指數(shù)分布失效的可靠性指標(biāo)可用失效率或MTBF來(lái)表示；對(duì)于早期失效和耗損失效宜用可靠度和可靠壽命來(lái)表示；對(duì)于控制裝置等可修復(fù)產(chǎn)品常用的還有有效度，即產(chǎn)品能工作的時(shí)間與能工作時(shí)間加不能工作時(shí)間之和的比值來(lái)表示。同一產(chǎn)品的可靠性特征量因條件、時(shí)間、功能而不同，因此在規(guī)定可靠性指標(biāo)時(shí)必須明確是對(duì)應(yīng)于什么條件、時(shí)間、功能的指標(biāo)。例如對(duì)于接觸可靠性指標(biāo)必須規(guī)定負(fù)載電壓、電流；規(guī)定偶然故障失效率必須同時(shí)規(guī)定偶然失效期延續(xù)時(shí)間即有效壽命。

3、自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性的提高途徑

1）自動(dòng)控制系統(tǒng)方案的選擇

在選擇方案時(shí)，應(yīng)考慮盡量減少控制元件數(shù)、接點(diǎn)數(shù)和焊點(diǎn)數(shù)，以降低系統(tǒng)的失效率。采用可編程控制器（PC）來(lái)代替由繼電器等組成的控制柜可以提高系統(tǒng)的可靠性。在比較可編程序控制器和繼電器控制柜兩種方案時(shí)，除了購(gòu)置價(jià)格以外，還應(yīng)充分估計(jì)前者在提高可靠性、縮短開(kāi)發(fā)周期和減小工作量以及節(jié)省維修時(shí)間等有利因素。

2）控制元件的選用

正確選用控制元件的品種、規(guī)格是提高元件使用可靠性的關(guān)鍵。為此必須深入確切地了解和分析機(jī)床對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)對(duì)控制元件的要求。并且收集和消化控制元件制造廠提供的技術(shù)材料，如果這些資料不能滿足選用的要求時(shí)，機(jī)床制造廠可按實(shí)際使用的條件對(duì)控制元件進(jìn)行試驗(yàn)以確定是否合用。由于選用不當(dāng)影響可靠性的例子有：忽視輸入或輸出的機(jī)械參數(shù)，例如選電磁鐵時(shí)未考慮所拖負(fù)載的力――行程特性，選限位開(kāi)關(guān)時(shí)未考慮撞塊速度；選接觸器時(shí)未考慮點(diǎn)動(dòng)、反接制動(dòng)的工作方式；選繼電器時(shí)未考慮能做到可靠接觸的額定最低工作電壓和額定最小工作電流；選短路保護(hù)電器（包括熔斷器）時(shí)未考慮對(duì)接觸器等觸頭的保護(hù)；選控制變壓器時(shí)未考慮漏阻抗在電磁系統(tǒng)起動(dòng)電流情況下的壓降等。

3）控制元件的工作環(huán)境

工作環(huán)境對(duì)可靠性有很大的影響。塵埃不但會(huì)引起電接觸故障，而且可以降低絕緣性能、增加交流磁系統(tǒng)極面粘住的危險(xiǎn)，因此必須采用必要的防塵措施。對(duì)于對(duì)可靠性要求較高的系統(tǒng)，控制元件應(yīng)裝入塵埃不能侵人的罩殼或電柜內(nèi)。機(jī)床上的控制元件常工作在有潤(rùn)滑油或切削油的地方，這時(shí)必須選用防油型電器或采取防油措施。

4）篩選和預(yù)防性更換

為了減少系統(tǒng)的早期失效，機(jī)床制造廠可以對(duì)控制元件進(jìn)行篩選，即使每臺(tái)元件在實(shí)際使用條件下連續(xù)工作一定次數(shù)，把失效產(chǎn)品排除，以減少裝到系統(tǒng)中的元件早期失效。元件進(jìn)入耗損失效期以后，失效率將明顯上升。為了防止這種情況影響系統(tǒng)的可靠性，可以在有效壽命（或偶然故障期）將結(jié)束時(shí)，不管元件是否損壞，也進(jìn)行更換。采用篩選和預(yù)防性更換，可以保證系統(tǒng)中的元件工作在偶然失效期內(nèi)，在這個(gè)前提下才可以用元件的偶然失效率來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的失效率。

5）現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查

提高可靠性的辦法，從根本上來(lái)說(shuō)，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)失效調(diào)查和分析著手。和一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和計(jì)算工作不同，可靠性設(shè)計(jì)不可能只通過(guò)理論和計(jì)算取得需要的結(jié)果，保證可靠性的程度取決于對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生的失效的了解（包括其深度和廣度）。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)也是取得失效數(shù)據(jù)的一個(gè)方法，但由于試驗(yàn)的內(nèi)容、方法和條件限制，故只能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況的一個(gè)近似的模擬，它不可能代替使用現(xiàn)場(chǎng)失效情況的調(diào)查分析。脫離了現(xiàn)場(chǎng)條件的可靠性試驗(yàn)是沒(méi)有實(shí)際意義的。

PLC可靠不等于PLC控制系統(tǒng)可靠。PLC控制系統(tǒng)比單獨(dú)的PLC復(fù)雜。系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)故障的可能性就大，可靠性將降低。PLC控制系統(tǒng)不是PLC及其被控對(duì)象簡(jiǎn)單地相加，而是兩者有機(jī)的結(jié)合。結(jié)合得好，才可靠。PLC控制系統(tǒng)也不等于PLC及其被控對(duì)象全面結(jié)合，只是與實(shí)施控制有關(guān)的才需要結(jié)合。